歐洲金融巨頭法國巴黎銀行(BNP PARIBAS)近日發布的一份研究報告顯示，英偉達、臺積電以及博通等全球芯片巨頭所主導的“硅光子技術“浪潮即將演變成一場席卷整個AI算力產業鏈的史無前例革命——“硅光子革命”，這也意味著CPO與光學I/O技術路線將在不久后從前沿實驗室向全球應用端加速滲透。即將爆發的“硅光子革命”，對于涵蓋AI芯片、HBM以及以太網交換機等設備的全球AI算力產業鏈而言可謂重大的潛在利好催化劑，“長期牛市敘事”邏輯可謂大幅強化，有望推動該產業邁向新一輪狂飆式“牛市曲線”。
為遏制AI數據中心功耗指數級躍升、降低經營成本以及大幅提升每AI機架單位的算力效率，共封裝光學(CPO)作為大規模橫向擴展互連方案被提出——“AI芯片霸主”英偉達已將其納入路線圖。比如，英偉達InfiniBand Quantum-X 交換機預計2025年下半年推出，英偉達Spectrum-X以太網交換機預計2026年下半年推出，均集成硅光子技術。
通過將光信號發射接收端集成封裝至更靠近交換芯片的位置，CPO有望扭轉以太網交換機等光互連設備功耗指數級上升趨勢。英偉達預測數據顯示，與傳統可插拔光模塊相比，在相同功耗下采用CPO封裝可以使GPU/CPU/AI ASIC等處理器(XPU)的部署數量增加3倍。在CPO之外，光學I/O(即Optical I/O， 簡稱OIO)進一步將硅光子的應用范圍從交換芯片擴展到GPU-GPU或CPU-GPU、CPU-ASIC等處理器芯片之間，有望進一步降低每比特能耗。法巴銀行預計未來還將出現光子神經網絡和量子光子技術，進一步拓展光學解決方案的應用范圍。
法國巴黎銀行的分析師團隊表示，基于“硅光子”技術的全球光通信數據中心互連市場(包含CPO與光學I/O技術路線 )預計從2028年起到2033年將以超過80%的年復合增速(CAGR)高速增長，該機構到2033年市場規模有望接近25億美元，其中絕大多數市場預計為光學I/O。法巴銀行測算數據顯示，中期內CPO有望加速滲透，但是從硅光子技術路線以及長期投資角度來看光學I/O市場規模將更加廣闊，該機構預計到2033年，在單個大型數據中心內，未來光學I/O模塊的需求量最終將達到同等規模CPO模塊數量的2–7倍(按單位數量數據中心計算)。
總體而言，法巴銀行分析團隊非常看好英偉達、臺積電以及全球主要光網絡硬件廠商(博通、Lumentum、Coherent、Fabrinet、Marvell)的投資前景，認為“硅光子革命”有望成為這些芯片巨頭的潛在重大催化劑，帶動它們股價邁入持續上行軌跡。同時，該機構認為材料端的硅晶圓廠商 Soitec(SOI)以及硅光子裝備端的荷蘭半導體設備巨頭BE Semiconductor也將從即將席卷全球的“硅光子革命”中大幅受益。
硅光子技術的兩條重要路線：CPO與光學I/O
摩爾定律逼近極限已很大程度上導致傳統電子芯片性能強化幅度放緩，基于硅光子的芯片封裝技術則提供了一種基于光技術的性能強化方案，使得芯片性能在納米制程技術受限的情況下加速擴張。硅光子學技術是一種將激光器件等光學元件與硅基集成電路集成在一起的技術，通過光而不是電信號來實現高速數據傳輸、更長的傳輸距離和低功耗。此外，相比于普通電信號芯片，硅光子芯片還可以提供低得多的延遲。
隨著ChatGPT風靡全球以及Sora文生視頻大模型重磅問世，疊加AI領域“賣鏟人”英偉達連續多個季度無與倫比的業績，意味著人類社會邁入AI時代。與此同時，愈發龐大的AI算力需求帶來無比龐大的光互連需求，因此硅光子技術在高速數據通信和數據中心互連等高帶寬、低功耗應用場景中具有相當大的潛力。隨著基于AI訓練/推理算力體系的云端AI算力服務和ChatGPT生成式AI應用滲透率增長帶來AI算力需求激增，硅光子技術將發揮愈發重要的作用。
在5月底的英偉達業績會議上，黃仁勛極度樂觀地預測Blackwell系列將創下史上最強勁AI芯片銷售紀錄，推動人工智能算力基礎設施市場“呈現出指數級別增長”。“如今，每個國家都將AI視為下一次工業革命的最核心——一個為全球每個經濟體不斷生產智能以及關鍵基礎設施的新興產業，”黃仁勛在與分析師們的業績討論表示。
推理端帶來的AI算力需求堪稱“星辰大海”，有望推動人工智能算力基礎設施市場持續呈現出指數級別增長，“AI推理系統”也是黃仁勛認為英偉達未來營收的最大規模來源。
在硅光子技術版圖中，“共封裝光學 (CPO)” 與 “光學 I/O (Optical I/O)” 的確形成了兩條互補卻取向迥異的路線：前者優先解決機架-級交換 ASIC 接口功耗與面板密度瓶頸，后者則把光收發做成芯粒，定位為 CPU/GPU/NPU 等計算芯片之間的下一代片外總線。
簡單而言，CPO技術主要針對英偉達InfiniBand以及博通以太網交換機芯片等高性能網絡交換 ASIC 的即期功耗/效率密度瓶頸，光學 I/O則面向未來異構計算的帶寬、能效與芯片針腳墻挑戰。從先進封裝角度來看，CPO與光學I/O融合到一個封裝體系的可能性非常大，先進 2.5D/3D 封裝(CoWoS、InFO、EMIB 等)允許在一塊大型系統級封裝 (SiP) 內同時放置交換 ASIC+CPO 光引擎和若干帶光學I/O 的計算芯粒，形成“同封不同域、熱區隔離”的異構先進封裝——因此兩條路線既獨立演進，又在芯片封裝系統層面高度互補。
在法巴銀行分析團隊看來，光學I/O規模將成為硅光子技術的主流路線，未來市場規模相比于CPO將大得多。法巴銀行預測數據顯示，2022年光學I/O市場規模僅僅為3800萬美元，2028年有望擴張至1.37億美元，2033年則有望高達26億美元，意味著2028-2033年CAGR高達80%。法巴銀行預計單個數據中心光學I/O需求最終為CPO的2-7倍。
從臺積電、英特爾以及三星電子等芯片制造巨頭的硅光子技術路線來看，CPO與光學I/O呈現出先分后合、逐步融合。最終。當硅光子成熟后，“同系統分區封裝”有望成為CPO與光學I/O 的主流形態。
2025-2027：分開推進封裝為主流技術路線，基于CPO先進封裝的芯片有望率先量產并在英偉達與博通的高性能交換設備大規模應用;光學I/O 仍處芯粒 PoC 與早期 HPC 加速卡試點階段;2028-2030：同板異構SiP，比如臺積電、英特爾Foundry可能將進行異構測試，之后小規模提供同時支持CPO光引擎和OIO芯粒的系統級先進封裝芯片成品(CoWoS-SR、EMIB+COUPE復合);2030 以后，則有望持續性能層面互補且在系統層面長期共存于同一先進封裝體系。
英偉達、臺積電以及博通引領“硅光子革命”
硅光子驅動的光互連市場正進入高速增長期。據 Yole Intelligence 的預測，“數據通信光學”(主要涵蓋共封裝光學和光學I/O)市場規模將從 2022年的約3800萬美元增長到2028年的約1.37億美元，再躍升至 2033年的約26億美元。這意味著在2022-2028年期間復合年增長率約 24%，而在2028-2033年期間增長將加速到 80%/年以上。這一爆發式增長的后期主要由光學I/O 產品放量驅動。
事實上，Yole 預測到 2033 年面向AI/ML高性能加速器的光學I/O市場規模將達約 23億美元，顯著大于同期面向網絡互連的 CPO市場(約 2.87億美元)。換言之，光學I/O在整體光數據通信市場中的占比將逐年提高，成為主要增長引擎，而英偉達、臺積電以及博通極大概率將是CPO與光學I/O超級浪潮的最大贏家勢力。
作為AI計算領域的領導者，英偉達正率先將硅光子技術融入其高性能網絡產品(Spectrum-X、Quantum-X交換機)，并投資初創公司(比如Ayar Labs)完善生態。在硅光子互連技術路線——CPO與光學I/O兩大領域的前沿布局，將為英偉達AI GPU集群可擴展性和能效進一步提升奠定重大基礎，最終將不斷鞏固其在AI基礎設施市場的絕對領先優勢。隨著AI算力需求的指數級增長，法巴銀行等機構預計硅光子技術將成為英偉達數據中心方案的關鍵賣點，為其帶來大規模新增營收和差異化優勢。
法巴銀行對英偉達維持積極前景展望，認為其在硅光子領域的領先布局將成為股價的最重要潛在催化劑之一(當前主要為AI相關業務大舉擴張與數據中心能效提升)。
臺積電繼引領芯片制造FinFET時代，并且推動2nm GAA時代開啟之后，有望引領硅光子芯片制造技術，成為硅光子芯片制造龍頭。臺積電利用其先進工藝和封裝能力，率先推出硅光子平臺(比如COUPE)并吸引英偉達、AMD以及蘋果等大客戶合作，牢據硅光子芯片代工環節的主導地位。隨著CPO和OIO技術路線逐步落地，臺積電有望在硅光子晶圓級別代工以及芯粒chiplet先進封裝業務上開拓新的“超級增長點”。
法巴銀行等投資機構普遍預計臺積電將進一步推出標準化的硅光子工藝平臺，降低業界進入門檻，進而擴大硅光子市場蛋糕，這將強化臺積電在高性能計算和光通信芯片制造領域的近乎壟斷地位，對其中長期業績強勁增長形成支撐。
博通一方面在開發自身的CPO高性能交換芯片方案(結合其Tomahawk系列旗艦交換機芯片產品)，另一方面通過并購(此前收購了光纖模塊廠商 Brocade)在光互連領域積累技術。博通擁有廣泛的全球云廠商客戶基礎和成熟的交換機ASIC業務，引入CPO將大幅提高其交換系統產品的競爭力。
法巴銀行等知名投資機構普遍預計博通將在下一代交換平臺中集成硅光子接口，以滿足超大規模數據中心客戶對高帶寬、低功耗類交換機的需求。這將帶動博通高端交換芯片出貨大幅增長，提升其在云數據中心市場的份額。法巴銀行分析團隊對博通業績與股價前景持積極展望，和臺積電與英偉達一樣，其積極投入硅光子有望成為新的“超級增長點”。
本文源自：智通財經網
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